ความสัมพันธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กไฟฟ้ากับไฟฟ้าและแม่เหล็กคืออะไร

แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (EMF) เป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่รวมการกระทำระหว่างประจุไฟฟ้าและการกระทำระหว่างประจุแม่เหล็กเข้าด้วยกัน แรงแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเป็นผลมาจากการกระทำระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ต่อไปนี้คือคำอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและความสัมพันธ์กับไฟฟ้าและแม่เหล็ก:

การกระทำระหว่างประจุไฟฟ้า

• สนามไฟฟ้า: เมื่อมีประจุไฟฟ้าอยู่ สนามไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นรอบๆ ประจุนั้น สนามไฟฟ้าเป็นสนามเวกเตอร์ที่ทิศทางถูกกำหนดตามทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุบวกที่จุดนั้น ความแรงของสนามไฟฟ้ามีความสัดส่วนกับขนาดของประจุและผกผันกับกำลังสองของระยะทาง (กฎของคูลอมบ์)

• กฎของคูลอมบ์: กฎของคูลอมบ์อธิบายการกระทำระหว่างประจุสองจุดที่อยู่นิ่ง หากประจุมีเครื่องหมายเดียวกัน (ประจุชนิดเดียวกัน) จะมีแรงผลักดันระหว่างกัน หากประจุมีเครื่องหมายตรงกันข้าม (ประจุชนิดต่างกัน) จะมีแรงดึงดูดเกิดขึ้น

การกระทำระหว่างประจุแม่เหล็ก

• สนามแม่เหล็ก: เมื่อมีกระแสไฟฟ้า (หรือประจุที่เคลื่อนที่) สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นรอบๆ กระแสไฟฟ้านั้น สนามแม่เหล็กเป็นสนามเวกเตอร์เช่นกัน ทิศทางถูกกำหนดตามทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุบวกในทิศทางการเคลื่อนที่ (แรงลอเรนซ์) ความแรงของสนามแม่เหล็กมีความสัมพันธ์กับขนาดและความทิศทางของกระแส และผกผันกับกำลังสองของระยะทาง

• แรงลอเรนซ์: แรงลอเรนซ์อธิบายแรงที่กระทำต่ออนุภาคประจุขณะเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก ทิศทางของแรงจะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคและทิศทางของสนามแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

• กฎของฟาราเดย์ในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงขณะผ่านวงจรป้อนกลับ จะสร้างแรงดันไฟฟ้า (EMF) ในวงจรนั้น ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

• สมการแมกซ์เวลล์: สมการแมกซ์เวลล์เป็นกรอบทางคณิตศาสตร์พื้นฐานในการอธิบายพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สมการเหล่านี้เผยให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก คือ สนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงสามารถสร้างสนามแม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงก็สามารถสร้างสนามไฟฟ้าได้เช่นกัน

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

การแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการแกว่งของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเดินทางผ่านสุญญากาศด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วของแสง

ความเป็นหนึ่งเดียวของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

ผลของความสัมพันธ์เชิงสัมพัทธภาพ: ในกรอบความสัมพันธ์เชิงสัมพัทธภาพ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กถูกพิจารณาเป็นด้านต่างๆ ของปรากฏการณ์ทางกายภาพเดียวกัน เมื่อเฟรมอ้างอิงเปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนแปลงเป็นกันและกันได้

สรุป

แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคำทั่วไปสำหรับการกระทำระหว่างประจุไฟฟ้าและการกระทำระหว่างประจุแม่เหล็ก มันเกิดจากการกระทำของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก และสามารถอธิบายโดยทฤษฎีเช่น การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและสมการแมกซ์เวลล์ แรงแม่เหล็กไฟฟ้าปรากฏเป็นการกระทำระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในระดับมาโคร และการกระทำระหว่างอนุภาคประจุในระดับไมโคร แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในแรงที่พบมากและสำคัญที่สุดในธรรมชาติ มีความสำคัญต่อการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่และชีวิตประจำวัน